Какой минимальный вес груза необходимо поместить на легкую пластинку, прикрепленную к нижнему концу вертикальной трубы

Тема занятия: Плавучесть и архимедова сила

Разъяснение: Чтобы решить эту задачу, нам нужно понять, как работает принцип плавучести и архимедова сила. По принципу Архимеда, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости. Если вес груза, который мы помещаем на пластинку, больше силы Архимеда, пластинка не отвалится, так как будет погружаться в воду и находиться в равновесии.

Минимальный вес груза, необходимого для отвала пластинки, будет равен силе Архимеда, действующей на пластинку. Сила Архимеда можно рассчитать по формуле:

A = ρ * V * g

где A - архимедова сила, ρ - плотность жидкости (в данном случае воды), V - объем вытесненной жидкости (то есть объем погруженной части пластинки), g - ускорение свободного падения (приближенное значение 9,8 м/с²).

Чтобы определить объем вытесненной жидкости, мы можем использовать формулу для объема цилиндра:

V = π * r² * h

где V - объем цилиндра, π - приближенное значение числа пи (3,14), r - радиус пластинки (половина диаметра), h - глубина погружения пластинки.

Итак, чтобы найти минимальный вес груза, мы должны вычислить объем вытесненной жидкости и умножить его на плотность воды и ускорение свободного падения:

A = ρ * V * g

Демонстрация:
Допустим, у нас есть пластинка диаметром 10 см (радиус 5 см), которая погружена в воду на глубину 1 метр. Мы хотим найти минимальный вес груза, чтобы пластинка отвалилась.

Сначала вычислим объем вытесненной жидкости:

V = π * r² * h
V = 3,14 * (5 см)² * 1 м
V ≈ 78,5 см³

Затем используем плотность воды и ускорение свободного падения:

A = ρ * V * g
A = 1000 кг/м³ * 78,5 см³ * 9,8 м/с²
A ≈ 76730 Н

Таким образом, минимальный вес груза, необходимого для отвала пластинки, составляет около 76730 Н.

Совет: Чтобы лучше понять принцип плавучести и архимедовой силы, рекомендуется провести несколько дополнительных экспериментов самостоятельно. Например, попробуйте поместить разные предметы разных весов в воду и наблюдайте, как они плавают или тонут. Это поможет вам увидеть прямую связь между весом предмета, объемом вытесненной жидкости и его способностью плавать. Также полезно освежить свои знания о плотности разных веществ, поскольку они могут влиять на выталкивающую силу Архимеда.

Закрепляющее упражнение: Какой минимальный вес груза необходимо поместить на легкую пластинку, прикрепленную к нижнему концу вертикальной трубы с диаметром 15 см и погруженной в масло на глубину 80 см, чтобы пластинка отвалилась? (Плотность масла равна 900 кг/м³)